1 000 MW機組循環水泵廠用電率計算方法的探討

劉慧軍，胡建忠，袁軍

（1.華東電力設計院，上海市，200063；2.國電北侖發電廠，浙江省寧波市，315800）

0 引言

廠用電率高低直接影響機組的供電煤耗和發電量指標，是影響機組經濟性的重要指標。隨著對電廠節能、減排工作的更加重視，對廠用電率的關注度較從前有了大幅提高。國內已投運1 000MW機組項目的廠用電率性能考核值普遍低于設計值，且不同電廠的設計值相差也較大，引起業界關注。

因性能考核試驗所處的氣候、工藝、運行條件的不同，都會造成廠用電率性能考核值的不同，尤其對循環水采用一次循環的機組廠用電率受氣候的影響明顯，更需要深入研究。循環水泵（以下簡稱循泵）是火力發電廠不可或缺的重要輔機設備，不但占廠用負荷比例高（以北侖三期工程為例約占12.3％），且受冷卻水溫度、泵的配置數量等條件影響大，采用常規廠用電率估算方法難以反映年度運行情況，本文參考北侖三期工程的相關參數，分析循環水系統的廠用電率估算方法。

1 北侖三期工程相關參數

北侖三期工程循環水采用海水直流冷卻系統，每臺機組配2臺固定葉循泵、擴大單元制，循泵電機的容量為3.8MW、效率η=93％、功率因數cosφ=0.8，循泵流量3泵2機運行（3/2）×17.61m3/s、2泵1機運行2×15.69m3/s、1泵1機運行19.5m3/s。

2 國內部分1 000 MW機組廠用電率指標

對于具體工程，由于所處地理位置、工藝特點、煤質、新建還是擴建等條件不同，斷定其廠用電率指標的高低有一定難度，但對足夠數量的機組所作的數據統計還是能說明一些問題。表1列出國內已投運和已完成初步設計的部分1 000MW級機組廠用電率指標。

由表1可見，已完成設計的18個工程38臺機組廠用電率設計均值為5.19％，上下變動范圍-36.9％～21.5％，波動較大；已投運的9個工程20臺機組的廠用電率性能考核均值為4.19％，變動范圍-10.2％～9.9％，相對接近；投運時間較長的5個電廠12臺機組的運行均值為4.72％。可見廠用電率設計均值較性能考核均值高出約23.9％，較運行均值高出9.7％。對于新投產的電廠，由于設備新、效率高、保溫和密封好，廠用電率優于設計值可以理解，但偏差較多，需對廠用電率的計算方法進行分析改進。

表1 國內部分1 000MW級電廠機組廠用電率Tab.1 Auxiliary power ratio sheet of 1 000MW class domesticunit

3 廠用電率計算方法

《火力發電廠廠用電設計技術規定》[1]（以下簡稱廠用技規）提供的凝汽式發電廠廠用電率e的估算方法為

式中：Pe為發電機功率，kW；cosφav為電動機功率因數，一般取0.8；Sc為廠用電計算負荷，kVA。對Sc的統計提供了換算系數法和軸功率法2種方法，一般采用換算系數法[2]，即Sc=∑（KPe），換算系數K=（KtKf）/（ηcosφ），Kt為同時率、Kf為負荷率，K值是根據對運行電廠進行調研基礎上得出的，按照廠用技規提供的數據，循泵、凝結水泵電機K值取1，其他高壓電機K值取0.85，其他低壓電機K值取0.7。據此方法得出的北侖三期工程施工圖階段（表1均為初步設計階段廠用電率設計值）廠用電率計算結果列于表2，表2中Sc=61 885 kVA，e=4.95％。

表2 高壓電機和低廠變負荷統計及廠用電率計算TTab.2 Load and auxiliary power ratio sheet forhigh voltage motorand low voltage auxiliary transformer

由于此時優化設計已完成，去掉了因輔助系統不確定而預留的裕度，故廠用電率較初設階段設計值有所下降，施工圖階段調整后的廠用電率下降到4.95％，但仍高出性能考核值約31.7％。設計值是年平均的概念，而性能考核值因考核期短，機組是滿負荷運行且往往扣除公用負荷，所以設計值高出性能考核值是合理的。與運行值相比，施工圖階段調整后的廠用電率僅高出4.5％，是可以接受的[8]。

對照《火力發電廠技術經濟指標計算方法》[3]提供的電廠生產廠用電率Lcy計算方法：式中：Wcy為統計期內廠用電量；Wf為統計期內發電量。與廠用電率設計值對比更貼切的是年運行值而不是性能考核值。

表2中調整系數的概念是依據廠用技規[1]附錄A3得出的，主要反映輔機的運行日平均運行率，如24 h內負荷變動大的輸煤系統取0.33，空壓機、制氯、照明、公用取0.5。對用于變壓器容量選擇而言，這樣的負荷統計法是合適的，因變壓器不能因某一季節或工況負荷的變動而選小，必須選擇適應各種工況的較大容量。用于廠用電率計算的負荷統計則不同，它是長期累積的概念，需要廠用各工況的加權均值。

對循泵而言，負荷隨季節變動大，在廠用電率估算時需引入年平均負荷的概念。

4 季節變化對循泵廠用電率估算的影響

汽輪機設計背壓、凝汽器冷卻面積及循泵系統設置方式都是根據電廠所在地的平均冷卻水溫、最高水溫條件并結合煤價、電價等經濟因素進行優化設計按綜合費用最低得出的[2]，如北侖三期工程汽機設計背壓4.9 kPa（a）、凝汽器冷卻面積為4.9萬m2。實際運行中，凝汽器冷卻面積和循泵系統設置方式是確定的，而不同季節水溫是變化的。北侖各月平均水溫（粗線）和季平均水溫（細線）如圖1，考慮到溫排放的影響，各季平均水溫考慮溫升0.5℃，頻率為10％的最高水溫為28.9℃。如何隨水溫的變化調整循泵的運行模式，從而達到最節能的目的是循泵運行管理的關鍵[6]。

北侖三期工程冷端優化設計中提供了循泵的3種設計運行工況：夏季工況為1機2泵、春秋季工況為2機3泵、冬季工況為1機1泵運行，如表3。按照這一全年運行模式，循泵年平均運行臺數是每臺機組1.5臺。循泵的統計負荷就由表2中的7 600 kVA下降到5 700 kVA，可見循泵自身廠用電率設計值高估了33.3％。如將這一情況歸入調整系數的概念中，則循泵應有0.75的調整系數。

經了解，北侖三期工程實際運行情況是每臺機組春秋冬三季均運行1臺泵，夏季當平均水溫高于22.5℃時2臺機組運行3臺泵，沒有出現因極端高水溫而2臺機組運行4臺循泵的情況[7]。因此循泵的年平均運行臺數還要進一步下降到1.125臺，循泵的統計負荷可下降到4 275 kVA，可見循泵自身設計廠用電率較實際運行廠用電率高估了77.8％。

表3 北侖三期工程循環冷卻水系統設計工況Tab.3 Circulated coolingwater systyem’sdesign conditi on of Beilu unN No.3 power plant

由以上分析可見，在循泵配置上，1機多泵或可調葉泵更靈活，更有利于降低能耗和廠用電率[9]；在系統配置上擴大單元制更有利于降低能耗和廠用電率。其次，對具體項目，將廠用電率設計值與性能考核值直接進行對比有些欠妥，因所處季節不同，考核期內的廠用電率難以反映廠用電率的全年水平，而與年生產廠用電率對比較合理。

5 循泵K值對循泵廠用電率的影響

北侖三期工程循泵在機組100％負荷時實際運行功率為3 517 kW，由此得出的負荷率為0.93[4]，如考慮每段時間內循泵均連續運行，同時率取1，則K值應為1.25，按照廠用技規的要求K值取1，廠用電率低估了20％。統計負荷為7 125 kVA，廠用電率仍高估了6.7％。

如將年均運行臺數歸入同時率的概念，則同時率取0.75，K值為0.94，廠用技規的K值較設計值高估了6.39％。

對用于選擇廠用變壓器的負荷統計，因變壓器應承受任何季節、任何工況所量全部負荷，故廠用技規提供的K值用于廠用變選擇是相對合適的，而將此值用于廠用電率計算偏差較大，可通過增加調整系數的方法予以調整。

6 結論與建議

對一次循環的電廠，機組循環水系統廠用電率計算需按年均負荷量計算；可引入調整系數的概念來提高用換算系數法計算循環水系統廠用電率的準確性。建議：根據冷端優化時采用的運行模式計算全年平均廠用電率并確定調整系數，以便適應環境溫度的變化；進行方案技經比較時，選擇更有利于節電運行的循泵配置方案，如1機多泵等；電廠應加強對循泵的運行管理，制定循泵啟動臺數與溫度的對應關系，節約廠用電。

[1]DL/T 5153—2002火力發電廠廠用電設計技術規定[S].北京：中國電力出版社，2002.

[2]DL/T 5339—2006火力發電廠水工設計規范[S].北京：中國電力出版社，2006.

[3]DL/T 940—2004火力發電廠技術經濟指標計算方法[S].北京：中國電力出版社，2004.

[4]西北電力設計院.電力工程電力設計手冊[M].北京：水利電力出版社，1989.

[5]戴悅，汪海霞，李淑芳.百萬容量火電機組廠用電率設計值與運行值的差異淺析[J].電力勘測設計，2010（2）：32-35.

[6]魏顯安，聶軍.降低廠用電率的措施和方法[J].電力工程技術，2006（12）：30-32.

[7]楊旭中，梁玉蘭.火電廠綜合設計技術[M].2版.北京：中國電力出版社，2007.

[8]Q/DG 1-D010-2010 1 000MW級機組廠用電設計導則[S].北京：中國電力工程顧問集團公司，2010.

[9]李青，高山，薛彥廷.火力發電廠節能技術及其應用[M].北京：中國電力出版社，2007.